- إنضم
- 17/9/22
- المشاركات
- 6,743
- التفاعلات
- 15,024
أيونات الصوديوم أكبر وأثقل بثلاث مرات تقريبًا من أيونات الليثيوم ، مما يعني أن قدراتها محدودة.
منذ الزيادة في تطوير الدفع الهجين والكهربائي بالكامل في السيارة الكهربائية (EV) وصناعات الطيران والدفاع ، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) هي الحل الأمثل لتكنولوجيا البطاريات. توفر بطاريات Li-ion أعلى طاقات محددة لأي تقنيات متاحة حتى الآن ، مما يجعلها مثالية لأي موقف يكون فيه تقليل الوزن أحد الاعتبارات الرئيسية في التصميم.
ومع ذلك ، تخضع بطاريات Li-ion لعدة قيود ، مما يفتح الباب أمام تكنولوجيا البطاريات البديلة الممكنة. خاصة في صناعة الدفاع ، هناك بعض العيوب الرئيسية المرتبطة ببطاريات Li-ion.
إن تشغيل بطارية أيون الصوديوم (SIB) يشبه تمامًا Li-ion ، حيث يولد الكهرباء عبر تفاعل كيميائي. تحتوي كلتا التقنيتين على أنود ، وكاثود ، وفاصل ، وإلكتروليت سائل. ومع ذلك ، يتم استبدال مركبات الليثيوم بمكافئات أساسها الصوديوم.
أيونات الصوديوم أكبر وأثقل بثلاث مرات تقريبًا من أيونات الليثيوم ، وعلى هذا النحو تظل SIBs المحسنة تمامًا غير قادرة على مطابقة الطاقات المحددة لمكافئاتها القائمة على الليثيوم. تقدم SIB الرائدة في مجال تكنولوجيا Amperex Technology (CATL) طاقة محددة تبلغ 160Wh kg-1 مقارنةً بـ 272-296Wh kg-1 المقدرة التي تقدمها خلايا بطارية Tesla الثورية من النوع 4680.
نظرًا لهذا القيد التقني ، فإن SIBs غير مناسبة للتطبيقات في تصميم الطائرات العسكرية لأن الوزن يمثل مصدر قلق كبير. ومع ذلك ، لا تزال هناك فرص للتطبيقات في المناطق التي لا يمثل فيها وزن النظام عاملاً مقيدًا.
تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لـ SIBs في انخفاض سعرها ، نظرًا لتكلفة المواد الخام (150 دولارًا لكل طن من الصوديوم مقابل 20000 دولار للليثيوم) وغياب الكوبالت ، وهي مادة غالبًا ما يتم الحصول عليها من المناجم في جمهورية الكونغو الديمقراطية وهي منتشرة مع انتهاكات حقوق الإنسان. تقدر شركة Faradion المصنعة لـ SIB ومقرها المملكة المتحدة أن SIBs ستكلف حوالي 30 ٪ أقل لإنتاجها من تقنيات Li-ion التقليدية.
علاوة على ذلك ، تعد SIBs أكثر أمانًا من نظيراتها من Li-ion نظرًا لزيادة مستوى ثباتها الحراري. تخاطر خلايا Li-ion التي تُركت عند شحن أقل من 30٪ لفترات طويلة من الوقت بأن تصبح غير مستقرة حرارياً بينما يمكن أن تؤدي دورات الشحن الكاملة المتكررة إلى هروب حراري وحرائق كهربائية.
على النقيض من ذلك ، فإن SIBs مستقرة وغير قابلة للاشتعال بسبب تركيبتها القائمة على الماء بدلاً من التركيب العضوي القائم على الإلكتروليت وهي أقل عرضة للتغيرات في درجات الحرارة. يمكن شحن SIBs في أي مكان بجهد 0 فولت ، وهو عبارة عن "كيس من المنحل بالكهرباء" بدون مخاوف تتعلق بالسلامة / الحريق. أظهر فاراديون ذلك من خلال الشحن الكامل لإحدى خلايا أيون الصوديوم الخاصة به ثم حفر حفرة مباشرة من خلالها دون التسبب في نشوب حريق أو ارتفاع درجة الحرارة.
قد تثبت نافذة درجة حرارة التشغيل المتزايدة لـ SI مقابل Li-ion ميزة حاسمة في الصناعات المعنية بالتطبيقات المتطرفة. يؤدي تشغيل بطاريات LI-ion تحت درجات حرارة التجمد إلى انخفاض كبير في الأداء الكهربائي ومعدل التفريغ على عكس SIB ، حيث أبلغت Faradion عن أن خلايا أيون الصوديوم لديها قد أظهرت أداءً (90٪) على مدى درجة الحرارة من -20 درجة مئوية إلى 60 درجة ج '. يوفر هذا فوائد لوجستية واضحة للعمليات في القطب الشمالي أو درجات حرارة دون الصفر.
كما عرضت الشركة المصنعة للبطاريات الصينية CATL حزم بطاريات تشتمل على كل من خلايا Li-ion وخلايا أيون الصوديوم ، وهو مزيج من المأمول أن يحسن أداء الطقس البارد في المركبات الكهربائية من خلال الحفاظ على أداء ثابت للطاقة لفترة أطول.
تشمل المزايا الأخرى الجديرة بالملاحظة دورة حياة قوية (أظهرت خلايا Faradion التي تبلغ 160 وات في الساعة كجم -1 دورة حياة تزيد عن 4000 دورة ، مقارنةً بـ 1500 دورة لبطاريات تسلا) ، وقدرات الشحن السريع (يمكن لخلايا CATL الشحن حتى 80٪ في 15 دقيقة).
ومع ذلك ، على الرغم من المزايا الفنية المختلفة التي تقدمها SIBs ، فإن العائق الرئيسي أمام التبني على نطاق واسع في صناعة السيارات لا يزال قلق النطاق ، مع المخاوف التي تدور حول طول وتكرار إعادة شحن البطارية. إلى جانب القيود الأخرى ، يبدو أنه لا يوجد مستقبل قصير المدى للسيارات الكهربائية التي تعمل بأيون الصوديوم داخل قطاع الدفاع.
ومع ذلك ، فإن شركتي Faradion و Natron Energy المتخصصة في أيونات الصوديوم تركز في البداية على سوق تخزين الطاقة الثابتة. نظرًا لأن القوات المسلحة لا يمكنها الاعتماد بشكل كامل على الشبكات الكهربائية لشحن أو تشغيل معداتها أثناء العمليات ، فإن حلول إدارة الطاقة المحمولة تعد ضرورة استراتيجية.
يؤدي هذا المطلب إلى زيادة الطلب على التخزين الثابت الرخيص والفعال والآمن ، وبالتالي يوفر مجالًا مهمًا لتطبيق تقنية SIB على المدى القصير إلى المتوسط.
أعلنت Natron مؤخرًا عن استثمار استراتيجي مع شركة Chevron لدعم تطوير حلول تخزين الطاقة الثابتة SIB لمحطات شحن EV المستقبلية بينما تدور استثمارات United Airlines حول استخدام بطاريات Natron للكهرباء فى عملياتهم البرية.
من المهم النظر في البدائل المحتملة الأخرى لبطاريات Li-ion الحالية خارج SIBs ، مع البحث في تقنيات مثل خلايا الحالة الصلبة وخلايا الملح المصهور وحلول الليثيوم القائمة على الهواء التي تقود هذه المجالات المتوازية من التطوير.
في الختام ، على الرغم من وجود بعض الأمثلة المحددة لمصنعي السيارات الكهربائية الذين يتبنون تقنيات أيونات الصوديوم في سياراتهم ، إلا أن هذه لا تزال مقتصرة على التطبيقات المتخصصة ، وبالتالي يتم تثبيت الشحن والتخزين الثابت كتطبيقات أساسية لتقنية SIB في الدفاع.
يتوقف التطبيق العملي لهذه التطبيقات على استعداد الصناعة الدفاعية لتبني الدفع الكهربائي بالكامل أو الكهربائي الهجين ضمن أساطيل مركباتهم خلال العقود القادمة. مع استمرار المخاوف بشأن استدامة الطاقة ونقاط ضعف سلسلة التوريد في دفع كهربة سوق الدفاع ، ربما لا يزال لتقنية أيون الصوديوم مستقبل فيها.
